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2023版(教科版)高考步步高大一轮复习讲义第十一章 交变电流 传感器
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第2节 变压器 电能的输送
一、理想变压器
1.构造
如图1所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
图1
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。
2.原理
电磁感应的互感现象。
3.基本关系式
(1)功率关系:P入=P出。
(2)电压关系:=。
(3)电流关系:只有一个副线圈时,=。
【自测1】 关于理想变压器,下列说法正确的是( )
A.变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用
B.变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率
C.正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压
D.变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小
答案 A
二、电能的输送
如图2所示,发电站输出电功率为P,输电电压为U,用户得到的电功率为P′,用户的电压为U′,输电电流为I,输电线总电阻为R。
图2
1.输电电流
I===。
2.电压损失
(1)ΔU=U-U′
(2)ΔU=IR
3.功率损失
(1)ΔP=P-P′
(2)ΔP=I2R=R
4.减少输电线上电能损失的方法
(1)减小输电线的电阻R。由R=ρ知,可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。
(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据P=UI,要减小电流,必须提高输电电压。
【自测2】 (多选)如图3,发电厂的输出电压为U1,发电厂至用户间输电导线的总电阻为R,通过导线的电流为I,用户得到的电压为U2。下列输电导线上损耗功率的表达式中正确的是( )
图3
A.(U1-U2)I B.I2R
C. D.
答案 ABD
考点一 理想变压器基本规律的应用
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
理想变压器
没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
基本
关系
功率关系
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出
电压关系
原、副线圈的电压比等于匝数比,U1∶U2=n1∶n2,与负载的多少无关
电流关系
只有一个副线圈时,I1∶I2=n2∶n1;有多个副线圈时,由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn
频率关系
f1=f2(变压器不改变交流电的频率)
【例1】 如图4所示,一理想变压器原线圈输入正弦式交流电,交流电的频率为50 Hz,电压表示数为11 000 V,灯泡L1与L2的电阻相等,原线圈与副线圈的匝数比为n1∶n2=50∶1,电压表和电流表均为理想交流电表,则( )
图4
A.原线圈输入的交流电压的表达式为u=11 000sin 50πt(V)
B.开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压为220 V
C.开关S闭合后电流表的示数为通过灯泡L1中电流的
D.开关S闭合后,原线圈输入功率增大为原来的倍
答案 B
解析 原线圈的电压最大值Um=11 000 V,角速度ω=2πf=100π rad/s,所以原线圈输入的交流电压的表达式为u=11 000sin 100πt(V),故A错误;开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压即为副线圈电压,=,则开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压U2=220 V,故B正确;开关S闭合后,L1与L2并联,且电阻相等,所以电流表的示数与通过灯泡L1中电流相等,故C错误;开关S闭合后,副线圈功率增大为原来的2倍,则原线圈输入功率增大为原来的2倍,故D错误。
1.(2021·广东卷)某同学设计了一个充电装置,如图5所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是( )
图5
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案 B
解析 交流电的周期为0.2 s,频率f==5 Hz,A错误;根据变压器原、副线圈的电压规律可知=,由于原线圈的电压最大值为0.05 V,故副线圈的电压最大值为3 V,B正确;变压器的输入电压由螺线管与永磁铁相对运动产生,故输入电压与永磁铁的磁场强弱有关,C错误;理想变压器的输入功率等于输出功率,D错误。
2.(多选)(2020·全国卷Ⅲ)在图6(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是( )
图6
A.所用交流电的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
答案 AD
解析 由图(b)可知通过R2的交流电的周期为2×10-2 s,变压器不会使交流电的周期改变,所以所用交流电的频率为50 Hz,选项A正确;由图(b)可知通过R2的电流的有效值为1 A,由串并联特点可知通过R3的电流(即通过电流表的电流)为0.5 A,故副线圈的电流为I2=1.5 A,由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2=10 V,由变压器原、副线圈两端电压比与原、副线圈匝数比的关系可得,原线圈两端的电压U1=n1=100 V,再根据原线圈电路的串联关系可得R1两端的电压为UV=220 V-100 V=120 V,选项B、C均错误;根据变压器原理可得变压器传输的电功率为P=U2I2=10×1.5 W=15.0 W,选项D正确。
考点二 理想变压器的动态分析
1.匝数比不变的情况
(1)U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。
(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。
(3)I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。
2.负载电阻不变的情况
(1)U1不变,发生变化时,U2变化。
(2)R不变,U2变化时,I2发生变化。
(3)根据P2=,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化。
【例2】 (多选)(2021·河北唐山摸底)如图7所示,理想变压器原线圈一端有a、b两接线柱,a是原线圈的一端点,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u=Usin(100πt) V。则( )
图7
A.当单刀双掷开关分别与a、b连接时,电压表的示数比为1∶2
B.当t=0时,c、d间的电压瞬时值为
C.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表示数增大
D.当单刀双掷开关由a扳向b时,电流表的示数增大
答案 AD
解析 当单刀双掷开关与a连接时,原线圈的匝数为n1,则有U2=U1,当单刀双掷开关与b连接时,原线圈的匝数为,则有U2′=U1,联立得U2∶U2′=1∶2,故电压表的示数比为1∶2,A正确;当t=0时,c、d间的电压瞬时值为u=Usin (100π×0) V=0,B错误;副线圈的电压由原、副线圈匝数和输入电压决定,故副线圈电压不变,电压表的示数不变,C错误;单刀双掷开关由a扳向b,原线圈的匝数变小,副线圈的电压变大,电阻不变,故电流表的示数变大,D正确。
3.(多选)如图8所示,理想变压器的原线圈接在稳压交流电源上,R1、R2、R3是阻值相等的定值电阻,电流表为理想电流表,调节滑片P可以改变原线圈匝数。初始时,开关S处于断开状态,下列说法正确的是( )
图8
A.只把滑片P向上滑动,电流表示数将增大
B.只把滑片P向下滑动,电阻R1消耗的功率将增大
C.只闭合开关S,电阻R2消耗的功率将增大
D.只闭合开关S,电流表示数将变大
答案 BD
解析 只把滑片P向上滑动,原线圈匝数n1增大,根据=可知,副线圈两端电压U2=U1变小,根据欧姆定律可知,副线圈电流变小,副线圈功率P2=I2U2变小,则输入功率变小,输入电压不变,则原线圈电流变小,电流表示数将变小,故A错误;只把滑片P向下滑动,原线圈匝数变小,副线圈两端电压U2变大,根据欧姆定律可知,副线圈电流变大,由P=I2R知电阻R1消耗的功率将增大,故B正确;只闭合开关S,副线圈电阻变小,匝数比和输入电压不变,则输出电压不变,根据欧姆定律可知,副线圈电路电流变大,R1分压变大,则R2两端电压变小,消耗的功率将减小;副线圈电路电流变大,输出功率变大,则输入功率变大,输入电压不变,则原线圈电流变大,电流表示数将变大,故C错误,D正确。
4.(2021·湖北卷)如图9所示,理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电,副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
图9
A.电流表A1示数减小
B.电流表A2示数增大
C.原线圈输入功率先增大后减小
D.定值电阻R消耗的功率先减小后增大
答案 A
解析 由于原线圈所接电压恒定,变压器的匝数比恒定,故变压器副线圈的输出电压恒定,变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中,变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大,由欧姆定律得I2=,可知副线圈的电流逐渐减小,由=可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小,A正确,B错误;原线圈的输入功率为P入=U1I1,由于I1逐渐减小,则原线圈的输入功率逐渐减小,C错误;由于副线圈的电流逐渐减小,则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小,又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小,则由并联分流规律可知,流过定值电阻的电流逐渐减小,则由公式PR=I2R可知,定值电阻R消耗的电功率逐渐减小,D错误。
考点三 远距离输电问题
解答远距离输电问题的三个“关键”
1.理清“3个”回路
2.抓住“6个”基本关系
(1)升压变压器:=,=,P1=P2。
(2)降压变压器:=,=,P3=P4。
3.明确“3个”重要关联式(联系升压、降压变压器的纽带)
(1)功率关联式:P2=ΔP+P3。(其中ΔP=ΔUI线=IR线=)
(2)电压关联式:U2=ΔU+U3。
(3)电流关联式:I2=I线=I3。
【真题示例3】 (多选)(2021·山东卷)输电能耗演示电路如图10所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10 W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P。以下判断正确的是( )
图10
A.r=10 Ω B.r=5 Ω
C.P=45 W D.P=22.5 W
答案 BD
解析 当开关S接1时,左侧变压器副线圈的电压U2=·U1=3×7.5 V=22.5 V,电阻R上的电压,即右侧变压器的副线圈的电压U4==10 V,电流I4==1 A,右侧变压器原线圈的电压U3=·U4=×10 V=20 V,电流I3=·I4=×1 A=0.5 A,导线的总电阻r==5 Ω,当开关S接2时,设输电电流为I,则右侧变压器的副线圈中的电流为0.5I,根据理想变压器的规律,有=,解得I=3 A,则R上的功率P=(0.5I)2R=22.5 W,故选项B、D正确。
5.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP′,到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响,则( )
A.ΔP′=ΔP B.ΔP′=ΔP
C.ΔU′=ΔU D.ΔU′=ΔU
答案 AD
解析 若采用550 kV的超高压输电,输电线上的功率损耗ΔP=r,输电线路损失的电压ΔU=r,若改用1 100 kV 的特高压输电,同理有ΔP′=r,ΔU′=r,可得ΔP′=,ΔU′=,故B、C项错误,A、D项正确。
6.(多选)(2021·天津南开区模拟)高压输电可大大节能,至2017年11月,我国已建成投运8项1 000 kV特高压交流工程和11项±800 kV特高压直流工程。中国全面掌握了特高压核心技术,成为世界首个也是唯一成功掌握并实际应用特高压技术的国家。某小型水电站的电能输送示意图如图11甲所示,发电机输出的电压恒定,通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电,已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,它的副线圈两端的交变电压如图乙所示,若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是( )
图11
A.降压变压器T2原线圈的输入电压为880 V
B.降压变压器T2的输入功率与输出功率之比为4∶1
C.当用户端用电量增大时,输电线上损耗的功率减小
D.当用户端用电量增大时,发电厂输出的功率也增大
答案 AD
解析 由图乙可知,降压变压器副线圈两端交变电压U=220sin 100πt(V),有效值为220 V,降压变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,故降压变压器T2原线圈的输入电压为880 V,故A正确;降压变压器为理想变压器,故输入功率与输出功率之比为1∶1,故B错误;输出功率增大,则输电线上的电流增大,输电线上损耗的功率增大,故C错误;用户消耗的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损失的功率,输出和损失的功率都增大,发电机输出功率增大,故D正确。
考点一 理想变压器基本规律的应用
1.如图1所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
图1
A.原线圈的输入功率为220 W
B.电流表的读数为1 A
C.电压表的读数为110 V
D.副线圈输出交变电流的周期为50 s
答案 B
解析 由u=220sin 100πt(V)可知,原线圈电压最大值为220 V,故原线圈电压的有效值为U1=220 V ,根据=可知,U2=U1=110 V,故电压表的读数为110 V,选项C错误;副线圈电流有效值为I2==2 A,根据P=UI可知,输出功率为220 W,则原线圈的输入功率为P1=220 W,故选项A错误;原线圈中的电流I1==1 A,故选项B正确;变压器不改变交变电流的周期,有T== s=0.02 s,故选项D错误。
2.(2021·北京朝阳期末)在探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系时,某同学分别在可拆变压器的铁芯上绕制了两个线圈,如图2所示,线圈a连接到学生电源的交流输出端,线圈b与小灯泡相连接。两线圈的电阻均可忽略不计。闭合电源开关,他发现小灯泡发光很微弱。为了适当提高小灯泡的亮度,下列方法可行的是( )
图2
A.适当减少线圈a的匝数
B.适当减少线圈b的匝数
C.将交流输出电压适当减小
D.将线圈a改接在直流输出端
答案 A
解析 为了适当提高小灯泡的亮度,即增大变压器副线圈的电压,由=得U2=,适当减少线圈a的匝数,即减小n1,可增大U2,故A正确;适当减少线圈b的匝数n2,U2减小,故B错误;将交流输出电压U1适当减小,U2减小,故C错误;将线圈a改接在直流输出端,直流电不能在副线圈中产生电流,故D错误。
3.(2020·浙江1月选考)如图3所示,甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1,电压表读数为U,乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2,电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为( )
图3
A.k1U,k2I B.k1U,
C.,k2I D.,
答案 B
解析 根据原、副线圈的电压、电流与线圈匝数关系==k1、==,可知U1=k1U,I1=,选项B正确。
考点二 理想变压器的动态分析
4.(2021·浙江杭州模拟)如图4所示,一自耦变压器(可看做理想变压器)输入端AB间加一正弦式交流电压,在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器。转动滑片P可以改变副线圈的匝数,移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值。则( )
图4
A.只将P顺时针转动,灯泡变亮
B.只将P逆时针转动,灯泡变亮
C.只将Q向上移动,灯泡变亮
D.只将Q向下移动,灯泡变亮
答案 B
解析 由理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知,副线圈电压UCD=UAB,由题知,UAB、n1不变,故当n2增大时,UCD变大,灯泡L变亮,即将P逆时针转动时,灯泡变亮,故A错误,B正确;灯泡L与滑动变阻器R并联,若只是移动滑片Q,灯泡两端电压不变,灯泡亮度不变,故C、D错误。
5.(2020·山东卷)图5甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
图5
A.1 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.8 Ω
答案 A
解析 由图乙可知理想变压器输入电压U1=220 V,由理想变压器变压公式==,可得副线圈输出电压U2=30 V。灯泡正常工作时,灯泡两端电压为UL=24 V,电流IL==1.6 A。设R1两端电压为U,由U2=UL+U,可得U=6 V。由+=IL,解得R=1 Ω,选项A正确。
考点三 远距离输电问题
6.(2021·河北高三模拟)如图6所示,T1、T2为理想变压器,R为输电线的等效电阻。保持变压器T1的输入电压不变,灯泡L正常发光。现将变压器T1副线圈上的触头P上移,下列说法正确的是( )
图6
A.灯泡L变亮
B.R消耗的电功率减小
C.变压器T1的输入功率不变
D.变压器T2的输入电压增大
答案 B
解析 现将变压器T1副线圈上的触头P上移,根据变压器的电压规律可知,T1的副线圈电压减小,将T2的副线圈等效到T1副线圈回路中,则回路总电压减小,则电流减小,故灯泡L变暗,R消耗的电功率P=I2R,减小,变压器T1的输入功率与输出功率相等,P=IU减小,灯泡两端电压减小,则变压器T2的输出电压减小,匝数比不变,则变压器T2的输入电压减小,B正确,A、C、D错误。
7.(2020·浙江7月选考)如图7所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
图7
A.发电机输出的电流I1=40 A
B.输电线上的电流I线=625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455 A
答案 C
解析 发电机输出的电流I1==A=400 A,选项A错误;输电线上的电流I线==A=25 A,选项B错误;升压变压器的副线圈输出电压U2==V=4×103 V,输电线损耗电压ΔU=I线R=25×8 V=200 V,降压变压器的原线圈电压U3=U2-ΔU=3 800 V,故降压变压器的匝数比===,选项C正确;降压变压器的副线圈的输出功率P4=P3=P-P线=95 kW,故用户得到的电流I4==A=431.8 A,选项D错误。
8.一含有理想变压器的电路如图8所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω,电流表为理想交流电流表,U为正弦交流电源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( )
图8
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 B
解析 设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,当开关S断开时,电流表的示数为I,副线圈电流为I,因此有(U-IR1)I=I2(R2+R3);当S闭合时,电流表的示数为4I,同理有(U-4IR1)×4I=(4I)2R2,联立解得原、副线圈匝数比为=3,故选B。
9.(多选)(2021·河南商丘质检)如图9甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为1 000和100,R1=5 Ω,R2=10 Ω,电容器的电容C=100 μF。已知电容器上极板所带电荷量q按图乙所示的正弦规律变化,则下列判断正确的是( )
图9
A.电阻R1的电功率为20 W
B.原线圈输入电压的有效值为100 V
C.变压器原线圈中通过的电流的最大值为0.6 A
D.穿过变压器原线圈的磁通量变化率的最大值为0.2 Wb/s
答案 BD
解析 电容器极板所带电荷量最大值Q=2×10-3 C,电容器两极板之间最大电压U==20 V,有效值U2==10 V,电阻R1的电功率为P==40 W,选项A错误;根据变压器变压公式,可知原线圈输入电压的有效值为U1=10U2=100 V,选项B正确;由于副线圈中电流最大值Imax>+=6 A,根据变压器原副线圈电流关系可知,变压器原线圈中通过的电流最大值大于0.6 A,选项C错误;由法拉第电磁感应定律可知,Um=U1=n1,解得穿过变压器原线圈的磁通量变化率的最大值为0.2 Wb/s,选项D正确。
10.(多选)(2022·湖南衡阳调研)无线充电器能给手机充电正是因为两者内部有线圈存在,当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场,手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流,双方密切配合,手机成功无线充电。如图10所示,由一个电磁炉(发射线圈)、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成,发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=10∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin(314t)V,不考虑充电过程中的各种能量损失。则下列说法正确的是( )
图10
A.通过车载充电器的电流为交流电
B.通过车载充电器的电流为直流电
C.车载充电器两端电压的有效值约为22 V
D.车载充电器两端电压的有效值约为 V
答案 BD
解析 接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管,二极管只能正向通电,具有整流作用,所以通过车载充电器的电流为直流电,A错误,B正确;发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=10∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin(314t)V,则接收线圈的电压有效值由=,可得U2== V=22 V,由有效值的定义·=·T,可得车载充电器两端电压的有效值约为U3= V,C错误,D正确。
11.(多选)(2021·湖北武汉模拟)如图11所示,虚线框内为漏电保护开关的原理示意图:变压器A处用火线和零线平行绕制成线圈,然后接到用电器。B处有一个输出线圈,一旦线圈B中有电流,经放大后便能推动继电器切断电源。如果甲、乙、丙、丁四人分别以图示方式接触电线(裸漏部分),甲、乙、丙站在木凳上,则下列说法正确的是( )
图11
A.甲不会发生触电事故,继电器不会切断电源
B.乙会发生触电事故,继电器不会切断电源
C.丙会发生触电事故,继电器会切断电源
D.丁会发生触电事故,继电器会切断电源
答案 AD
解析 甲、乙站在木凳上(人与地绝缘)接触火线时,火线和零线中电流方向、大小不变,线圈A产生的总磁通量为零,线圈B中不产生感应电流,继电器均不会切断电源,甲、乙不会发生触电事故,故A正确,B错误;当丙双手“火线-零线”触电时(人与地绝缘),火线和零线中电流方向相反、大小相等,线圈A产生的总磁通量为零,线圈B中不会产生感应电流,继电器不会切断电源,但人会触电,故C错误;当如图丁中“手-地”触电时,会导致一部分电流通过大地,火线和零线中电流大小不等,线圈A产生的总磁通量不为零,故会在线圈B中产生感应电流,经放大后便能推动继电器切断电源,故D正确。
一、理想变压器
1.构造
如图1所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
图1
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。
2.原理
电磁感应的互感现象。
3.基本关系式
(1)功率关系:P入=P出。
(2)电压关系:=。
(3)电流关系:只有一个副线圈时,=。
【自测1】 关于理想变压器,下列说法正确的是( )
A.变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用
B.变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率
C.正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压
D.变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小
答案 A
二、电能的输送
如图2所示,发电站输出电功率为P,输电电压为U,用户得到的电功率为P′,用户的电压为U′,输电电流为I,输电线总电阻为R。
图2
1.输电电流
I===。
2.电压损失
(1)ΔU=U-U′
(2)ΔU=IR
3.功率损失
(1)ΔP=P-P′
(2)ΔP=I2R=R
4.减少输电线上电能损失的方法
(1)减小输电线的电阻R。由R=ρ知,可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。
(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据P=UI,要减小电流,必须提高输电电压。
【自测2】 (多选)如图3,发电厂的输出电压为U1,发电厂至用户间输电导线的总电阻为R,通过导线的电流为I,用户得到的电压为U2。下列输电导线上损耗功率的表达式中正确的是( )
图3
A.(U1-U2)I B.I2R
C. D.
答案 ABD
考点一 理想变压器基本规律的应用
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
理想变压器
没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
基本
关系
功率关系
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出
电压关系
原、副线圈的电压比等于匝数比,U1∶U2=n1∶n2,与负载的多少无关
电流关系
只有一个副线圈时,I1∶I2=n2∶n1;有多个副线圈时,由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn
频率关系
f1=f2(变压器不改变交流电的频率)
【例1】 如图4所示,一理想变压器原线圈输入正弦式交流电,交流电的频率为50 Hz,电压表示数为11 000 V,灯泡L1与L2的电阻相等,原线圈与副线圈的匝数比为n1∶n2=50∶1,电压表和电流表均为理想交流电表,则( )
图4
A.原线圈输入的交流电压的表达式为u=11 000sin 50πt(V)
B.开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压为220 V
C.开关S闭合后电流表的示数为通过灯泡L1中电流的
D.开关S闭合后,原线圈输入功率增大为原来的倍
答案 B
解析 原线圈的电压最大值Um=11 000 V,角速度ω=2πf=100π rad/s,所以原线圈输入的交流电压的表达式为u=11 000sin 100πt(V),故A错误;开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压即为副线圈电压,=,则开关S未闭合时,灯泡L1两端的电压U2=220 V,故B正确;开关S闭合后,L1与L2并联,且电阻相等,所以电流表的示数与通过灯泡L1中电流相等,故C错误;开关S闭合后,副线圈功率增大为原来的2倍,则原线圈输入功率增大为原来的2倍,故D错误。
1.(2021·广东卷)某同学设计了一个充电装置,如图5所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是( )
图5
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案 B
解析 交流电的周期为0.2 s,频率f==5 Hz,A错误;根据变压器原、副线圈的电压规律可知=,由于原线圈的电压最大值为0.05 V,故副线圈的电压最大值为3 V,B正确;变压器的输入电压由螺线管与永磁铁相对运动产生,故输入电压与永磁铁的磁场强弱有关,C错误;理想变压器的输入功率等于输出功率,D错误。
2.(多选)(2020·全国卷Ⅲ)在图6(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是( )
图6
A.所用交流电的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
答案 AD
解析 由图(b)可知通过R2的交流电的周期为2×10-2 s,变压器不会使交流电的周期改变,所以所用交流电的频率为50 Hz,选项A正确;由图(b)可知通过R2的电流的有效值为1 A,由串并联特点可知通过R3的电流(即通过电流表的电流)为0.5 A,故副线圈的电流为I2=1.5 A,由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2=10 V,由变压器原、副线圈两端电压比与原、副线圈匝数比的关系可得,原线圈两端的电压U1=n1=100 V,再根据原线圈电路的串联关系可得R1两端的电压为UV=220 V-100 V=120 V,选项B、C均错误;根据变压器原理可得变压器传输的电功率为P=U2I2=10×1.5 W=15.0 W,选项D正确。
考点二 理想变压器的动态分析
1.匝数比不变的情况
(1)U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。
(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。
(3)I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。
2.负载电阻不变的情况
(1)U1不变,发生变化时,U2变化。
(2)R不变,U2变化时,I2发生变化。
(3)根据P2=,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化。
【例2】 (多选)(2021·河北唐山摸底)如图7所示,理想变压器原线圈一端有a、b两接线柱,a是原线圈的一端点,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u=Usin(100πt) V。则( )
图7
A.当单刀双掷开关分别与a、b连接时,电压表的示数比为1∶2
B.当t=0时,c、d间的电压瞬时值为
C.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表示数增大
D.当单刀双掷开关由a扳向b时,电流表的示数增大
答案 AD
解析 当单刀双掷开关与a连接时,原线圈的匝数为n1,则有U2=U1,当单刀双掷开关与b连接时,原线圈的匝数为,则有U2′=U1,联立得U2∶U2′=1∶2,故电压表的示数比为1∶2,A正确;当t=0时,c、d间的电压瞬时值为u=Usin (100π×0) V=0,B错误;副线圈的电压由原、副线圈匝数和输入电压决定,故副线圈电压不变,电压表的示数不变,C错误;单刀双掷开关由a扳向b,原线圈的匝数变小,副线圈的电压变大,电阻不变,故电流表的示数变大,D正确。
3.(多选)如图8所示,理想变压器的原线圈接在稳压交流电源上,R1、R2、R3是阻值相等的定值电阻,电流表为理想电流表,调节滑片P可以改变原线圈匝数。初始时,开关S处于断开状态,下列说法正确的是( )
图8
A.只把滑片P向上滑动,电流表示数将增大
B.只把滑片P向下滑动,电阻R1消耗的功率将增大
C.只闭合开关S,电阻R2消耗的功率将增大
D.只闭合开关S,电流表示数将变大
答案 BD
解析 只把滑片P向上滑动,原线圈匝数n1增大,根据=可知,副线圈两端电压U2=U1变小,根据欧姆定律可知,副线圈电流变小,副线圈功率P2=I2U2变小,则输入功率变小,输入电压不变,则原线圈电流变小,电流表示数将变小,故A错误;只把滑片P向下滑动,原线圈匝数变小,副线圈两端电压U2变大,根据欧姆定律可知,副线圈电流变大,由P=I2R知电阻R1消耗的功率将增大,故B正确;只闭合开关S,副线圈电阻变小,匝数比和输入电压不变,则输出电压不变,根据欧姆定律可知,副线圈电路电流变大,R1分压变大,则R2两端电压变小,消耗的功率将减小;副线圈电路电流变大,输出功率变大,则输入功率变大,输入电压不变,则原线圈电流变大,电流表示数将变大,故C错误,D正确。
4.(2021·湖北卷)如图9所示,理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电,副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
图9
A.电流表A1示数减小
B.电流表A2示数增大
C.原线圈输入功率先增大后减小
D.定值电阻R消耗的功率先减小后增大
答案 A
解析 由于原线圈所接电压恒定,变压器的匝数比恒定,故变压器副线圈的输出电压恒定,变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中,变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大,由欧姆定律得I2=,可知副线圈的电流逐渐减小,由=可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小,A正确,B错误;原线圈的输入功率为P入=U1I1,由于I1逐渐减小,则原线圈的输入功率逐渐减小,C错误;由于副线圈的电流逐渐减小,则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小,又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小,则由并联分流规律可知,流过定值电阻的电流逐渐减小,则由公式PR=I2R可知,定值电阻R消耗的电功率逐渐减小,D错误。
考点三 远距离输电问题
解答远距离输电问题的三个“关键”
1.理清“3个”回路
2.抓住“6个”基本关系
(1)升压变压器:=,=,P1=P2。
(2)降压变压器:=,=,P3=P4。
3.明确“3个”重要关联式(联系升压、降压变压器的纽带)
(1)功率关联式:P2=ΔP+P3。(其中ΔP=ΔUI线=IR线=)
(2)电压关联式:U2=ΔU+U3。
(3)电流关联式:I2=I线=I3。
【真题示例3】 (多选)(2021·山东卷)输电能耗演示电路如图10所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10 W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P。以下判断正确的是( )
图10
A.r=10 Ω B.r=5 Ω
C.P=45 W D.P=22.5 W
答案 BD
解析 当开关S接1时,左侧变压器副线圈的电压U2=·U1=3×7.5 V=22.5 V,电阻R上的电压,即右侧变压器的副线圈的电压U4==10 V,电流I4==1 A,右侧变压器原线圈的电压U3=·U4=×10 V=20 V,电流I3=·I4=×1 A=0.5 A,导线的总电阻r==5 Ω,当开关S接2时,设输电电流为I,则右侧变压器的副线圈中的电流为0.5I,根据理想变压器的规律,有=,解得I=3 A,则R上的功率P=(0.5I)2R=22.5 W,故选项B、D正确。
5.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP′,到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响,则( )
A.ΔP′=ΔP B.ΔP′=ΔP
C.ΔU′=ΔU D.ΔU′=ΔU
答案 AD
解析 若采用550 kV的超高压输电,输电线上的功率损耗ΔP=r,输电线路损失的电压ΔU=r,若改用1 100 kV 的特高压输电,同理有ΔP′=r,ΔU′=r,可得ΔP′=,ΔU′=,故B、C项错误,A、D项正确。
6.(多选)(2021·天津南开区模拟)高压输电可大大节能,至2017年11月,我国已建成投运8项1 000 kV特高压交流工程和11项±800 kV特高压直流工程。中国全面掌握了特高压核心技术,成为世界首个也是唯一成功掌握并实际应用特高压技术的国家。某小型水电站的电能输送示意图如图11甲所示,发电机输出的电压恒定,通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电,已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,它的副线圈两端的交变电压如图乙所示,若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是( )
图11
A.降压变压器T2原线圈的输入电压为880 V
B.降压变压器T2的输入功率与输出功率之比为4∶1
C.当用户端用电量增大时,输电线上损耗的功率减小
D.当用户端用电量增大时,发电厂输出的功率也增大
答案 AD
解析 由图乙可知,降压变压器副线圈两端交变电压U=220sin 100πt(V),有效值为220 V,降压变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,故降压变压器T2原线圈的输入电压为880 V,故A正确;降压变压器为理想变压器,故输入功率与输出功率之比为1∶1,故B错误;输出功率增大,则输电线上的电流增大,输电线上损耗的功率增大,故C错误;用户消耗的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损失的功率,输出和损失的功率都增大,发电机输出功率增大,故D正确。
考点一 理想变压器基本规律的应用
1.如图1所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
图1
A.原线圈的输入功率为220 W
B.电流表的读数为1 A
C.电压表的读数为110 V
D.副线圈输出交变电流的周期为50 s
答案 B
解析 由u=220sin 100πt(V)可知,原线圈电压最大值为220 V,故原线圈电压的有效值为U1=220 V ,根据=可知,U2=U1=110 V,故电压表的读数为110 V,选项C错误;副线圈电流有效值为I2==2 A,根据P=UI可知,输出功率为220 W,则原线圈的输入功率为P1=220 W,故选项A错误;原线圈中的电流I1==1 A,故选项B正确;变压器不改变交变电流的周期,有T== s=0.02 s,故选项D错误。
2.(2021·北京朝阳期末)在探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系时,某同学分别在可拆变压器的铁芯上绕制了两个线圈,如图2所示,线圈a连接到学生电源的交流输出端,线圈b与小灯泡相连接。两线圈的电阻均可忽略不计。闭合电源开关,他发现小灯泡发光很微弱。为了适当提高小灯泡的亮度,下列方法可行的是( )
图2
A.适当减少线圈a的匝数
B.适当减少线圈b的匝数
C.将交流输出电压适当减小
D.将线圈a改接在直流输出端
答案 A
解析 为了适当提高小灯泡的亮度,即增大变压器副线圈的电压,由=得U2=,适当减少线圈a的匝数,即减小n1,可增大U2,故A正确;适当减少线圈b的匝数n2,U2减小,故B错误;将交流输出电压U1适当减小,U2减小,故C错误;将线圈a改接在直流输出端,直流电不能在副线圈中产生电流,故D错误。
3.(2020·浙江1月选考)如图3所示,甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1,电压表读数为U,乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2,电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为( )
图3
A.k1U,k2I B.k1U,
C.,k2I D.,
答案 B
解析 根据原、副线圈的电压、电流与线圈匝数关系==k1、==,可知U1=k1U,I1=,选项B正确。
考点二 理想变压器的动态分析
4.(2021·浙江杭州模拟)如图4所示,一自耦变压器(可看做理想变压器)输入端AB间加一正弦式交流电压,在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器。转动滑片P可以改变副线圈的匝数,移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值。则( )
图4
A.只将P顺时针转动,灯泡变亮
B.只将P逆时针转动,灯泡变亮
C.只将Q向上移动,灯泡变亮
D.只将Q向下移动,灯泡变亮
答案 B
解析 由理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知,副线圈电压UCD=UAB,由题知,UAB、n1不变,故当n2增大时,UCD变大,灯泡L变亮,即将P逆时针转动时,灯泡变亮,故A错误,B正确;灯泡L与滑动变阻器R并联,若只是移动滑片Q,灯泡两端电压不变,灯泡亮度不变,故C、D错误。
5.(2020·山东卷)图5甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
图5
A.1 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.8 Ω
答案 A
解析 由图乙可知理想变压器输入电压U1=220 V,由理想变压器变压公式==,可得副线圈输出电压U2=30 V。灯泡正常工作时,灯泡两端电压为UL=24 V,电流IL==1.6 A。设R1两端电压为U,由U2=UL+U,可得U=6 V。由+=IL,解得R=1 Ω,选项A正确。
考点三 远距离输电问题
6.(2021·河北高三模拟)如图6所示,T1、T2为理想变压器,R为输电线的等效电阻。保持变压器T1的输入电压不变,灯泡L正常发光。现将变压器T1副线圈上的触头P上移,下列说法正确的是( )
图6
A.灯泡L变亮
B.R消耗的电功率减小
C.变压器T1的输入功率不变
D.变压器T2的输入电压增大
答案 B
解析 现将变压器T1副线圈上的触头P上移,根据变压器的电压规律可知,T1的副线圈电压减小,将T2的副线圈等效到T1副线圈回路中,则回路总电压减小,则电流减小,故灯泡L变暗,R消耗的电功率P=I2R,减小,变压器T1的输入功率与输出功率相等,P=IU减小,灯泡两端电压减小,则变压器T2的输出电压减小,匝数比不变,则变压器T2的输入电压减小,B正确,A、C、D错误。
7.(2020·浙江7月选考)如图7所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
图7
A.发电机输出的电流I1=40 A
B.输电线上的电流I线=625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455 A
答案 C
解析 发电机输出的电流I1==A=400 A,选项A错误;输电线上的电流I线==A=25 A,选项B错误;升压变压器的副线圈输出电压U2==V=4×103 V,输电线损耗电压ΔU=I线R=25×8 V=200 V,降压变压器的原线圈电压U3=U2-ΔU=3 800 V,故降压变压器的匝数比===,选项C正确;降压变压器的副线圈的输出功率P4=P3=P-P线=95 kW,故用户得到的电流I4==A=431.8 A,选项D错误。
8.一含有理想变压器的电路如图8所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω,电流表为理想交流电流表,U为正弦交流电源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( )
图8
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 B
解析 设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,当开关S断开时,电流表的示数为I,副线圈电流为I,因此有(U-IR1)I=I2(R2+R3);当S闭合时,电流表的示数为4I,同理有(U-4IR1)×4I=(4I)2R2,联立解得原、副线圈匝数比为=3,故选B。
9.(多选)(2021·河南商丘质检)如图9甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为1 000和100,R1=5 Ω,R2=10 Ω,电容器的电容C=100 μF。已知电容器上极板所带电荷量q按图乙所示的正弦规律变化,则下列判断正确的是( )
图9
A.电阻R1的电功率为20 W
B.原线圈输入电压的有效值为100 V
C.变压器原线圈中通过的电流的最大值为0.6 A
D.穿过变压器原线圈的磁通量变化率的最大值为0.2 Wb/s
答案 BD
解析 电容器极板所带电荷量最大值Q=2×10-3 C,电容器两极板之间最大电压U==20 V,有效值U2==10 V,电阻R1的电功率为P==40 W,选项A错误;根据变压器变压公式,可知原线圈输入电压的有效值为U1=10U2=100 V,选项B正确;由于副线圈中电流最大值Imax>+=6 A,根据变压器原副线圈电流关系可知,变压器原线圈中通过的电流最大值大于0.6 A,选项C错误;由法拉第电磁感应定律可知,Um=U1=n1,解得穿过变压器原线圈的磁通量变化率的最大值为0.2 Wb/s,选项D正确。
10.(多选)(2022·湖南衡阳调研)无线充电器能给手机充电正是因为两者内部有线圈存在,当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场,手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流,双方密切配合,手机成功无线充电。如图10所示,由一个电磁炉(发射线圈)、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成,发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=10∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin(314t)V,不考虑充电过程中的各种能量损失。则下列说法正确的是( )
图10
A.通过车载充电器的电流为交流电
B.通过车载充电器的电流为直流电
C.车载充电器两端电压的有效值约为22 V
D.车载充电器两端电压的有效值约为 V
答案 BD
解析 接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管,二极管只能正向通电,具有整流作用,所以通过车载充电器的电流为直流电,A错误,B正确;发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=10∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin(314t)V,则接收线圈的电压有效值由=,可得U2== V=22 V,由有效值的定义·=·T,可得车载充电器两端电压的有效值约为U3= V,C错误,D正确。
11.(多选)(2021·湖北武汉模拟)如图11所示,虚线框内为漏电保护开关的原理示意图:变压器A处用火线和零线平行绕制成线圈,然后接到用电器。B处有一个输出线圈,一旦线圈B中有电流,经放大后便能推动继电器切断电源。如果甲、乙、丙、丁四人分别以图示方式接触电线(裸漏部分),甲、乙、丙站在木凳上,则下列说法正确的是( )
图11
A.甲不会发生触电事故,继电器不会切断电源
B.乙会发生触电事故,继电器不会切断电源
C.丙会发生触电事故,继电器会切断电源
D.丁会发生触电事故,继电器会切断电源
答案 AD
解析 甲、乙站在木凳上(人与地绝缘)接触火线时,火线和零线中电流方向、大小不变,线圈A产生的总磁通量为零,线圈B中不产生感应电流,继电器均不会切断电源,甲、乙不会发生触电事故,故A正确,B错误;当丙双手“火线-零线”触电时(人与地绝缘),火线和零线中电流方向相反、大小相等,线圈A产生的总磁通量为零,线圈B中不会产生感应电流,继电器不会切断电源,但人会触电,故C错误;当如图丁中“手-地”触电时,会导致一部分电流通过大地,火线和零线中电流大小不等,线圈A产生的总磁通量不为零,故会在线圈B中产生感应电流,经放大后便能推动继电器切断电源,故D正确。
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